Sensorikk og overvåking

For å overvåke vannkvaliteten og operasjonelle parametere er ulike sensorer og måleinstrumenter absolutt nødvendig. I tillegg til grunnleggende vannkvalitetsparametere som oksygen, salinitet, pH og temperatur, har mange brønnbåter også installert sensorer som måler f.eks. CO₂, totalt gasstrykk (TGP) og hydrogensulfid (H₂S) i vannet. Sensorene er koblet til et overvåkingssystem og et styresystem som fremstiller målingene grafisk og lagrer dem kontinuerlig. Se videre omtale av sensorprinsipper her: Overvåking av vannkvalitet og fiskevelferd.

Hensikten med overvåking av vannkvalitet er å sikre god fiskevelferd, samt sikre god effekt av vannbehandling, iverksette tiltak og forhindre uønsket påvirkning på vannkvaliteten fra utstyr ombord. 

For fastmonterte vannkvalitetssensorer er det hovedsakelig to prinsipielt forskjellige tilnærminger i bruk i brønnbåtnæringa: Plassering av sensorer i brønnen (se eksempel i figur 1) eller plassering av sensorer i en test-tank i en lab utenfor brønnen hvor vannet fra brønnen sirkuleres gjennom test-tanken (se eksempel i figur 2). Det er fordeler og ulemper med plassering i og utenfor brønnen. Hvor god stabilitet og kvalitet sensorene gir er avhengig av flere faktorer, slik at det ikke er mulig å konkludere med at et av prinsippene er systematisk bedre enn det andre.

Sensorer plassert i brønnen

Dersom sensorer plasseres i brønnen er de svært nært der fisken oppholder seg og en fordel er dermed at man måler på en vannkvalitet som er representativ for det fisken opplever. Dette forutsetter at plasseringen av sensorene i rommet er basert på å fange opp variasjonen i vannkvalitet, og det er vanlig å la stedet med antatt dårligst vannkvalitet være styrende for sensorposisjoner. En ulempe med å ha sensorer plassert i brønnene er vanskeligere tilgang dersom det oppstår en feil på en sensor og det er behov for vedlikehold eller kalibrering. Det vil oftest være nødvendig å tømme brønnen for vann for å få tilgang til sensoren.

Figur 1: Sensorer plassert i brønnen, her vist et eksempel med plassering bak rist akter i en brønn med langsgående vannstrøm. Trykkmåler i brønnens luftlomme for korrekt beregning av totalgassmetning ved modifisert trykk i brønnen er også indikert.

For svært kritiske parametere som oksygen er det ofte flere sensorer per brønn. I tillegg til redundans kan dette bidra til bedre oversikt over totalbildet, da oksygensensorer ofte plasseres flere steder i brønnen med forventet ulik vannkvalitet. I en brønn med langsgående vannstrøm (se om prinsipper for sirkulasjon av vann i brønnene i Systembeskrivelsen sin artikkel om Transport) er det typisk plassert oksygensensorer foran, i midten og bak i brønnen. 

En sensor man er avhengig av å ha plassert i brønnen er en trykkmåler som måler trykket i luftlommen øverst i brønnen (se figur 1 og figur 2). Dersom trykket i brønnbåtens luftlomme avviker fra lufttrykket på dekk, må trykket i brønnbåtens luftlomme brukes som referansetrykk til totalgasstrykket i vannet (TGP) for å kunne regne ut korrekt totalgassmetning (TGP (%)). For utregninger kan Totalgasskalkulatoren brukes og mer informasjon om TGP finnes under Overvåking av vannkvalitet og fiskevelferd.

Sensorer plassert i test-tank

Ved plassering av sensorer i test-tank i en lab utenfor brønnen bør siktemålet være at vannet som måles skal ha de samme egenskapene som på målepunktet de hentes fra. Dette gjelder både temperatur og vannets kjemiske/fysiske egenskaper. Likeledes er det ønskelig at tidsforsinkelsen fra vannet forlater målepunktet i brønnen til det når sensoren ikke er så stor at det har betydning for de vurderingene som skal gjøres. Som for fastmonterte sensorer er det grunnleggende at målepunktet representerer vannkvalitet som man ønsker å ta høyde for, og ofte er det ett eller to punkter i brønnen hvor det pumpes fra til test-tank.

Figur 2: Vannkvalitetssensorer plassert i test-tank i en lab utenfor brønnen, hvor vannet pumpes fra brønnen til test-tanken. Trykkmåler i brønnens luftlomme for korrekt beregning av totalgassmetning ved modifisert trykk i brønnen er også indikert.

Å ha sensorer i en test-tank gir fordeler som enkel tilgang dersom det er behov for vedlikehold eller bytte av sensor, og at man lett kan utføre en sammenligning av sensoren mot en kontrollsensor. 

Vannets innhold av gasser er svært relevante målinger. Oksygen er spesielt kritisk, men også totalgassmetning er høyst relevant. For å sikre at vannet som måles i test-tank i lab inneholder de samme gassene som i målepunktet er det viktig at innløste gasser forblir innløst helt fram til målingen foretas i test-tanken, og motsatt, at det ikke løses inn mer gasser. For å sikre dette er det viktig å ta hensyn til følgende faktorer: 

1. Ved trykkfall i rørstrekket er det betydelig fare for at gasser frigjøres fra væska og at disse vil bli liggende i øvre del av røret og ikke bli med i målingen. Trykkfall kan oppstå som følge av høye vannstrømhastigheter, skarpe bend og internt i en pumpe. For å pumpe vann fra A til B må den statiske løftehøyden og friksjonstapet kompenseres for. Siden trykkfall er uheldig bør pumpa monteres nært målepunktet slik at vannet fritt strømmer inn til pumpa uten trykkfall, før det blir trykksatt og strømmer frem til labben. Ved valg av pumpe må pumpeleverandør bistå, men på generell basis vil ofte en saktegående fortregningspumpe være fordelaktig da det i liten grad oppstår lokale trykkfall i slike pumper.
2. Om vannet i utgangspunktet er overmettet vil det være fare for at gass frigjøres gjennom sløyfa selv uten trykkfall. Dette kan unngås om sløyfa trykksettes, men dette er i praksis vanskelig å oppnå. Imidlertid bør man, særlig ved lengre strekk, forsøke å rute sløyfa lavt i skipet for å maksimere det statiske trykket.
3. Temperaturøkning bør unngås. Økning av temperaturen reduserer vannets evne til å holde på gass, og kan resultere i bobledannelse og frigjøring av gass.
4. Store skjærkrefter kan bidra til å frigjøre gass fra vannet.
5. Unngå struping, da dette gir lokale store trykkvariasjoner.
6. Unngå fare for at det står luft i rørene som bringer vann til test-tank, da dette kan føre til økt gassmetning. For å sikre mot slike luftansamlinger er det fordelaktig om systemet kan kjøres med høy rørstrømhastighet før fisk tas om bord. Slik vil eventuell luft føres ut av rørsystemet før målingene igangsettes.

Bærbare måleinstrumenter og analyse av vannprøver

Som et supplement til de fastmonterte vannkvalitetssensorene er det ikke uvanlig å ha bærbare måleinstrumenter og laboratorieinstrumenter. Disse benyttes til punktmålinger eller for å verifisere målinger fra de fastmonterte sensorene. Uansett hvilke sensorer eller instrument som brukes, må målingene utføres på vann fra punkter/steder som er representative for hva fisken faktisk opplever.

Bærbare måleinstrumenter (f.eks. O₂, CO₂, pH og TGP), som fastmonterte sensorer, utsettes for forhold som kan påvirke nøyaktigheten og kvaliteten av målingene, og dermed tolkningene av registreringene. Slike tema er beskrevet under Overvåking av vannkvalitet og fiskevelferd.

Ved analyse av vannprøver må disse innhentes på en måte og fra en posisjon som blir representativ for det vannet som blir prøvetatt. Først må prøvebeholderen være ren og skylles godt med vannet som skal prøvetas. Samtidig må det tilstrebes å innhente vannprøven nærmest mulig posisjonen og tidspunktet som skal vurderes, samt unngå fremmedlegemer og vann som ikke normalt finnes i dette punktet. Vannprøven bør analyseres så fort som mulig med en analysemetode som er tilpasset den aktuelle vannkvaliteten (f.eks. ferskvann eller sjøvann). Hvis vannprøven skal sendes til et kommersielt laboratorium, hvor målenøyaktigheten er høyere, må den ofte sendes nedkjølt og hurtigst mulig, for å oppnå et akkreditert analyseresultat. Analysetilbyderne har ofte egne prøvetakingsprosedyrer og rutiner som må følges. I alle tilfeller er det avgjørende å merke flaskene godt, slik at resultatene kan knyttes til riktig posisjon og tidspunkt. Det anbefales at det tas jevnlige vannprøver og etableres en vannprøvebank på kjøl. Hvis operasjonen går fint, kan vannet helles ut og flaskene brukes på nytt. I motsatt fall, kan disse vannprøvene sendes til analyse og gi verdifulle svar om hendelsen.

Mange brønnbåter har et laboratorium, enten i samme rom hvor sensorene er samlet eller i et annet sentralt plassert rom. Her blir vannprøver fra de ulike prøvepunktene analysert ved hjelp av spesielle instrumenter. Dette er ofte enkle kolorimeter eller spektrofotometer som ved hjelp av parameter-spesifikke reagenser kan måle innholdet av en rekke ulike forbindelser som det ikke finnes gode sensorer for. Spesielt avfallsprodukter fra fisken som kan akkumulere til toksiske konsentrasjoner under lukkede forhold er aktuelle, bl.a. totalt ammonium nitrogen (TAN) og beregning av ammoniakk (NH₃). Ved måling av TAN vær observant på benevningen instrumentet bruker (helmolekyl eller N-delen) og sørg for at støtteparameterne (pH, temperatur og saltholdighet) som kreves for beregning av NH₃, er fra samme vannprøve (representative) og nøyaktige. Beregningene kan sjekkes mot nettbaserte kalkulatorer, som denne.

I tillegg kan Zincon-metoden benyttes for å måle konsentrasjonen av sink i vannet. Mer info om slik måling finnes under Overvåking av vannkvalitet og fiskevelferd.